鑄鋼AAR M 201焊接工藝研究

陳麗園 穆云平 郭瑞青 么振江 孫逸凡

摘要：對(duì)不同預(yù)熱溫度和坡口形式的鑄鋼AAR M 201與低合金鋼高強(qiáng)鋼ASTM A588進(jìn)行GMAW焊，并對(duì)其焊接接頭進(jìn)行拉伸、彎曲和沖擊試驗(yàn)，確定其鑄鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝。結(jié)果表明：8 mm及以下板對(duì)接的預(yù)熱及層間溫度不得低于150 ℃、8～20 mm板對(duì)接的預(yù)熱溫度不得低于300 ℃，無論坡口形式是8 HV還是10 DHV，焊接接頭都具有良好的抗拉強(qiáng)度;兩種坡口形式的焊接接頭彎曲180°均合格，都具有良好的塑性和韌性;無論是焊縫還是熱影響區(qū)，兩種坡口形式的焊接接頭都具有良好的低溫沖擊韌性。

關(guān)鍵詞：AAR M 201;焊接工藝;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TG457.11 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-2003（2021）05-0088-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.05.16

0 ? ?前言

隨著海外市場(chǎng)的發(fā)展，中車唐山機(jī)車車輛有限公司相繼中標(biāo)美國(guó)費(fèi)城雙層不銹鋼動(dòng)車組、加拿大AMT項(xiàng)目。美國(guó)、加拿大雙層不銹鋼車項(xiàng)目端底架均采用碳鋼結(jié)構(gòu)。由于端底架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接量非常大，并且其結(jié)構(gòu)必須達(dá)到抵御強(qiáng)碰撞、高承載的技術(shù)要求，因此端底架是車體鋼結(jié)構(gòu)中最重要的組成部分。

雙層不銹鋼車項(xiàng)目端底架結(jié)構(gòu)中的橫向拉桿座、縱向拉桿座、前從板座等結(jié)構(gòu)采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，材質(zhì)是AAR M 201，其余材料為低合金鋼高強(qiáng)鋼ASTM A588。鑄件具有優(yōu)良的耐磨性、減震性、鑄造性等優(yōu)點(diǎn)，但是其含碳量高、雜質(zhì)多，故焊接性差，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜等缺陷[1-5]。文中對(duì)鑄鋼AAR M 201與高強(qiáng)鋼ASTM A588進(jìn)行研究，以解決端底架鑄件焊接中存在的問題。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)?zāi)覆臑榈秃辖痄摳邚?qiáng)鋼ASTM A588和鑄鋼AAR M 201，尺寸分別為8 mm×150 mm×530 mm、20 mm×150 mm×530 mm，焊絲采用AWS A5.28：ER80S-G，φ1.2 mm，焊接方法為GMAW。試驗(yàn)材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

試板焊接完成后根據(jù)AWS D15.1-D15.1M-2012《車輛和機(jī)車鐵路焊接工藝規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。首先進(jìn)行無損檢測(cè)（外觀檢測(cè)、射線檢測(cè)或超聲波檢測(cè)），然后進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊等破壞性試驗(yàn)，試件尺寸按照AWS D1.1-D1.1M-2015《車輛和機(jī)車鐵路焊接工藝規(guī)范》的要求進(jìn)行加工。

2 焊接工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)用焊機(jī)型號(hào)為Panasonic YD-350 GM3。坡口形式分別為8HV、10DHV，如圖1所示。對(duì)接焊接位置為橫焊，不留間隙。保護(hù)氣體為φ（Ar）82%+

φ（CO2）18%，氣體流量為18 L/min。

2.1 預(yù)熱溫度及層間溫度的確定

鑄鋼AAR M 201與ASTM A588的工藝評(píng)定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為AWS D15.1/D15.1M-2012，而標(biāo)準(zhǔn)給出的最低預(yù)熱及層間溫度是≥0 ℃，現(xiàn)對(duì)8 mm、20 mm板對(duì)接兩項(xiàng)工藝評(píng)定進(jìn)行預(yù)熱溫度及層間溫度試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度及結(jié)果如表3所示，8 mm板對(duì)接的預(yù)熱及層間溫度≥150 ℃、20 mm板對(duì)接的預(yù)熱溫度≥300 ℃時(shí)焊縫質(zhì)量最好。

2.2 焊接工藝參數(shù)

采用最佳預(yù)熱溫度和層間溫度獲得的試板照片如圖2所示，可以看出，焊縫成形美觀、整齊、光滑。焊縫經(jīng)X射線、超聲波檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾雜及裂紋等缺陷。通過試驗(yàn)確定的焊接工藝參數(shù)如表4所示。

3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果及分析

分別對(duì)坡口形式8HV和10DHV的試板焊接接頭進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。由表5可知，坡口形式8 HV的焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值為620.8 MPa，坡口形式10 DHV的焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值為640.5 MPa。兩種坡口形式的拉伸試件均斷裂在AAR M 201側(cè)母材位置，抗拉強(qiáng)度高于ASTM A588/A588M-15標(biāo)準(zhǔn)中ASTM A588的要求值485 MPa（由于ASTM A588標(biāo)準(zhǔn)值低，所以選擇其為標(biāo)準(zhǔn)），滿足AWS D15.1-D15.1M-2012《車輛和機(jī)車鐵路焊接工藝規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求，抗拉強(qiáng)度均合格。

3.2 彎曲試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AWS D15.1-D15.1M-2012，坡口形式8HV的焊接接頭彎曲試驗(yàn)采用2個(gè)面彎和2個(gè)背彎。試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種坡口形式的焊接接頭彎曲試件經(jīng)過180°彎曲變形，在試件外表面和側(cè)面均未發(fā)現(xiàn)裂紋，說明兩種坡口形式的焊接接頭均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，具有良好的塑性和延展性。

3.3 沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析

兩種坡口形式的焊接接頭低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。8 mm板厚的焊接接頭沖擊試驗(yàn)采用小尺寸試樣，規(guī)格為5 mm×10 mm×55 mm，沖擊溫度-39.9 ℃，最小合格沖擊功值的降低量必須按標(biāo)準(zhǔn)ASTM A 370a-97確定，沖擊功要求值為≥11 J。20 mm板厚的焊接接頭沖擊試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣，規(guī)格為10 mm×10 mm×55 mm，沖擊溫度-28.9 ℃，沖擊功要求值≥20 J。由表6可知，無論是焊縫還是熱影響區(qū)，兩種坡口形式焊縫的沖擊功都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種坡口形式的焊接接頭都具有良好的低溫沖擊韌性。

4 結(jié)論

（1）8 mm低合金高強(qiáng)鋼ASTM A588板GMAW對(duì)接焊的預(yù)熱及層間溫度≥150 ℃、20 mm鑄鋼AAR M 201板GMAW對(duì)接焊的預(yù)熱溫度≥300 ℃時(shí)焊縫質(zhì)量最佳，焊縫成形美觀。

（2）在最佳預(yù)熱溫度和層間溫度條件下，坡口形式8HV和10DHV的焊接接頭都具有良好的抗拉強(qiáng)度，焊接接頭彎曲180°均無裂紋產(chǎn)生。

（3）坡口形式8HV和10DHV的焊接接頭，AAR M 201與ASTM A588側(cè)的焊縫和熱影響區(qū)均具有良好的低溫沖擊韌性。

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